(57)【要約】  【課題】順方向電圧を低くするためにエピタキシャル層のない安価なＮ型高濃度半導体基板を用い、順方向電圧を低くしたまま耐圧を維持可能なＳＢＤを提供する。  【解決手段】Ｎ型高濃度半導体基板１と、Ｎ型高濃度半導体基板の表面領域に形成され開口部２ａを有するＮ型低濃度半導体領域２と、Ｎ型低濃度半導体領域の表面領域に開口部側に偏倚して環状に形成されたＰ型高濃度半導体領域３と、Ｐ型高濃度半導体領域の外周縁部およびＮ型低濃度半導体領域における外側の領域を被覆する絶縁層７と、Ｎ型高濃度半導体基板の開口部から露出した領域、内側のＮ型低濃度半導体領域およびＰ型高濃度半導体領域の内周縁部に亘って被覆し、絶縁層の内周縁との間に間隙を有するポリシリコン膜４と、ポリシリコン膜、絶縁層とポリシリコン膜の間の間隙に位置するＰ型高濃度半導体領域および絶縁層の内周縁部に亘って被覆しショットキ接合を構成する金属層５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型高濃度半導体基板と、
前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面側の表面領域に形成され、中央部に開口部を有するＮ型低濃度半導体領域と、
前記Ｎ型低濃度半導体領域の表面領域に、前記開口部を包囲し前記開口部側に偏倚して環状に形成されたＰ型高濃度半導体領域と、
前記Ｐ型高濃度半導体領域の外周縁部および前記Ｎ型低濃度半導体領域における前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも外側の領域を被覆する絶縁層と、
前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面の前記開口部から露出した領域、前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも内側の前記Ｎ型低濃度半導体領域および前記Ｐ型高濃度半導体領域の内周縁部に亘って被覆し、前記絶縁層の内周縁との間に間隙を有するように形成されたポリシリコン膜と、
前記ポリシリコン膜、前記絶縁層と前記ポリシリコン膜の間の間隙に位置する前記Ｐ型高濃度半導体領域および前記絶縁層の内周縁部に亘って被覆しショットキ接合を構成する金属層とを備えたショットキバリアダイオード。
【請求項２】
前記Ｎ型低濃度半導体領域は、拡散深さが前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも深く、不純物濃度が前記Ｐ型高濃度半導体領域より低く、前記Ｐ型高濃度半導体領域の内側の前記Ｎ型低濃度半導体領域よりも、前記Ｎ型高濃度半導体基板の外側の前記Ｎ型低濃度半導体領域の方が広い請求項１に記載のショットキバリアダイオード。
【請求項３】
Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面の表面領域に、Ｎ型低濃度半導体領域を、中央部に開口部を設けて前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面が露出するように形成する工程と、
環状の間隙を有するようにパターニングした絶縁膜をマスクとして、前記Ｎ型低濃度半導体領域の表面領域に、前記開口部を包囲し前記開口部側に偏倚させて環状にＰ型高濃度半導体領域を形成する工程と、
前記絶縁膜における間隙の内側部分を除去する工程と、
前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面の前記開口部から露出した領域、前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも内側の前記Ｎ型低濃度半導体領域および前記Ｐ型高濃度半導体領域の内周縁部に亘って被覆し、前記絶縁層の内周縁との間に間隙を有するようにポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜、前記絶縁層と前記ポリシリコン膜の間の間隙に位置する前記Ｐ型高濃度半導体領域および前記絶縁層の内周縁部に亘って被覆しショットキ接合を構成する金属層を形成する工程とを備えたショットキバリアダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキバリアダイオード（以下、ＳＢＤと称す）とその製造方法に関し、特に順方向電圧の素子特性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のショットキバリアダイオード（以下、ＳＢＤという）は、ＰＮ接合構造を用いた高速リカバリーダイオードよりも順方向電圧降下が低く、損失が少ないため、整流用回路に広く使用されており、ショットキ金属を変化させずにポリシリコン膜へ不純物をドーピングすることによって、ショットキバリアハイトを操作して順方向電圧を制御するもの（例えば、特許文献１参照）や、さらに、半導体基板にポリシリコン膜を介してショットキ金属を形成して順方向電圧の制御しているもの（例えば、特許文献２参照）があった。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来のＳＢＤを示した断面図である。このＳＢＤにおいては、半導体基板１１の上に、Ｓｉ０2などの絶縁層１２が、開口部を有して半導体基板１１の一部表面を露出した状態に形成される。露出した半導体基板１１上に、リンやヒ素などの不純物を導入したポリシリコン膜１３が形成され、ポリシリコン膜１３表面からポリシリコン膜１３に隣接した絶縁層１２にかけて、金属電極１４が形成されている。
【０００４】
図４は、特許文献２に記載された従来のＳＢＤを示した断面図である。図４において、図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。このＳＢＤにおいては、ノンドープのポリシリコン膜１５を用い、ポリシリコン膜１５の厚みを変更して順方向電圧が制御される。
【特許文献１】特開昭５９−２３７６号公報
【特許文献２】特開平１-２５６１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成の場合、半導体基板の表面および裏面で電極を形成する縦型の構造では、順方向電圧を制御しきれず、順方向電圧は半導体基板に大きく依存する。また、エピタキシャル層を成長させた半導体基板を用いた場合では、エピタキシャル層の寄生抵抗および膜厚によって順方向電圧が変化してしまうだけでなく、耐圧もエピタキシャル層に依存して変化する。エピタキシャル層を有しない半導体基板を用いた場合、ガードリング領域を形成しないと、電界がショットキ接合にかかるため耐圧は低くなり、ガードリング領域を形成した場合でも、半導体基板の不純物濃度によって耐圧が変化してしまうため、半導体基板の不純物濃度を高くすることができなくなり、その結果順方向電圧は増加するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、順方向電圧を低くするためにエピタキシャル層のない安価なＮ型高濃度半導体基板を用い、順方向電圧を低くしたまま耐圧を維持可能なＳＢＤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明のショットキバリアダイオードは、Ｎ型高濃度半導体基板と、前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面側の表面領域に形成され、中央部に開口部を有するＮ型低濃度半導体領域と、前記Ｎ型低濃度半導体領域の表面領域に、前記開口部を包囲し前記開口部側に偏倚して環状に形成されたＰ型高濃度半導体領域と、前記Ｐ型高濃度半導体領域の外周縁部および前記Ｎ型低濃度半導体領域における前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも外側の領域を被覆する絶縁層と、前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面の前記開口部から露出した領域、前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも内側の前記Ｎ型低濃度半導体領域および前記Ｐ型高濃度半導体領域の内周縁部に亘って被覆し、前記絶縁層の内周縁との間に間隙を有するように形成されたポリシリコン膜と、前記ポリシリコン膜、前記絶縁層と前記ポリシリコン膜の間の間隙に位置する前記Ｐ型高濃度半導体領域および前記絶縁層の内周縁部に亘って被覆しショットキ接合を構成する金属層とを備える。
【０００８】
本発明のショットキバリアダイオードの製造方法は、Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面の表面領域に、Ｎ型低濃度半導体領域を、中央部に開口部を設けて前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面が露出するように形成する工程と、環状の間隙を有するようにパターニングした絶縁膜をマスクとして、前記Ｎ型低濃度半導体領域の表面領域に、前記開口部を包囲し前記開口部側に偏倚させて環状にＰ型高濃度半導体領域を形成する工程と、前記絶縁膜における間隙の内側部分を除去する工程と、前記Ｎ型高濃度半導体基板の第一主面の前記開口部から露出した領域、前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも内側の前記Ｎ型低濃度半導体領域および前記Ｐ型高濃度半導体領域の内周縁部に亘って被覆し、前記絶縁層の内周縁との間に間隙を有するようにポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜、前記絶縁層と前記ポリシリコン膜の間の間隙に位置する前記Ｐ型高濃度半導体領域および前記絶縁層の内周縁部に亘って被覆しショットキ接合を構成する金属層を形成する工程とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、エピタキシャル層のないＮ型高濃度半導体基板を用いるため非常に低コストである。さらに、エピタキシャル層の成長工程におけるＮ型高濃度半導体基板からエピタキシャル層への不純物のせり上がりによる耐圧低下や、エピタキシャル層の厚みや不純物濃度のバラツキによる順方向特性への影響を気にする必要がない。
【００１０】
また、Ｎ型高濃度半導体基板を使用した場合には、Ｐ型高濃度半導体領域を形成するとトンネル効果で耐圧が小さくなるが、Ｎ型低濃度半導体領域によって通常のエピタキシャル層を持つ構造と同じように空乏層がＮ型低濃度半導体領域に広がるため耐圧を維持することができる。また、Ｎ型低濃度半導体領域の形成領域をＰ型高濃度半導体領域の内側からＮ型高濃度半導体基板の外側の領域とし、内側よりも前記半導体基板の外側に広がる領域の方を大きくすることによって、ポリシリコン膜とＮ型高濃度半導体基板との接触面積を減らさずに順方向電圧を低くしながら耐圧維持ができる。
【００１１】
さらに、順方向電圧を低くするためにエピタキシャル層のないＮ型高濃度半導体基板を用いるが、Ｎ型高濃度半導体基板に金属層を形成してもショットキ接合とはならないため、Ｎ型高濃度半導体基板と金属層の間にポリシリコン膜を形成することによってショットキ接合を形成し、ポリシリコン膜はＮ型高濃度半導体基板の表面で且つガードリング領域の端部および内側に形成されている構造にすることによって、過渡電流による電界集中をガードリング領域で緩和することができ、サージ耐量の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のショットキバリアダイオードにおいて、前記Ｎ型低濃度半導体領域は、拡散深さが前記Ｐ型高濃度半導体領域よりも深く、不純物濃度が前記Ｐ型高濃度半導体領域より低く、前記Ｐ型高濃度半導体領域の内側の前記Ｎ型低濃度半導体領域よりも、前記Ｎ型高濃度半導体基板の外側の前記Ｎ型低濃度半導体領域の方が広いことが好ましい。
【００１３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＳＢＤを示した断面図である。
【００１５】
図１において、Ｎ型高濃度半導体基板１の第一主面側の表面領域に、Ｎ型低濃度半導体領域２が選択的に形成されている。Ｎ型低濃度半導体領域２は、中央に開口部２ａを有し、Ｎ型高濃度半導体基板１を露出させるように形成されている。Ｎ型低濃度半導体領域２の表面領域の開口部に偏倚した領域に、Ｐ型高濃度半導体領域からなるガードリング３が環状に形成されている。ガードリング３の外周縁部と、ガードリング３の外側のＮ型低濃度半導体領域２とは、選択的にシリコン酸化膜などからなる絶縁層７で被覆されている。
【００１６】
絶縁層７により被覆されていないＮ型低濃度半導体領域２およびガードリング３の内側領域と、開口部２ａに対応するＮ型高濃度半導体基板１の上面が、ポリシリコン膜４で被覆されている。ポリシリコン膜４と絶縁層７の間には、ガードリング３の上面に位置するように間隙が設けられている。絶縁層７のガードリング３側の一部と、ポリシリコン膜４と、ガードリング３とを被覆して、ショットキ接合を構成する金属層５（アノード電極）が形成されている。Ｎ型高濃度半導体基板１の第二主面側には、カソード電極６が形成されている。
【００１７】
Ｎ型低濃度半導体領域２は、ガードリング３よりも拡散深さが深く、不純物濃度はガードリング領域３より低くなっている。またＮ型低濃度半導体領域２は、ガードリング３の領域の内側よりも外側に広がる領域の方が大きく、ポリシリコン膜４の下部に対しては、その周縁部のみと重畳部を有する形状に形成されている。このように、ポリシリコン膜４下部をＮ型低濃度領域とせずにＮ型高濃度基板とすることによって、抵抗成分の増加を防ぐことができ、その結果順方向電圧を低く保つことができる。
【００１８】
例えば、Ｎ型高濃度半導体基板１の不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3、Ｎ型低濃度半導体領域２の不純物濃度は１０15〜１０16ｃｍ-3程度とする。Ｎ型低濃度半導体領域２の深さは、ガードリング領域３の深さよりも深く５μｍ程度に形成する。ガードリング領域３は、表面濃度が１×１０18ｃｍ-3で深さが２μｍ程度に形成する。Ｎ型低濃度半導体領域２は、その内縁をガードリング領域３よりも３μｍ程度チップの内側に配置し、外縁はガードリング領域３よりもチップの外側に大きく広がるように配置する。絶縁層７で被覆されていないＮ型低濃度半導体領域２とガードリング３との内側とＮ型高濃度半導体基板１の上面を被覆するポリシリコン膜４は、厚さ１μｍ以下で１０15〜１０16ｃｍ-3程度の低濃度とする。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるＳＢＤの製造方法について、図２（ａ）〜（ｅ）に示す工程フローに沿った断面図を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｅ）において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２０】
まず図２（ａ）に示すように、Ｎ型高濃度半導体基板１の第一主面の表面領域に、絶縁層からなるマスク８を介して、不純物としてＰ+をイオン注入する。それにより、Ｎ型低濃度半導体領域２を、中央部にＮ型高濃度半導体基板１の第一主面が露出するように、開口部２ａを設けて選択的に形成する。Ｎ型高濃度半導体基板１の不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3で、通常エピタキシャルウエハーを作製する際に使用される基板である。これは、高濃度基板を用いることによってＳＢＤの寄生抵抗を減らすためであり、寄生抵抗を減らすことで順方向電圧を低くすることが可能である。また、Ｎ型低濃度半導体領域２の不純物濃度は１０15〜１０16ｃｍ-3で、その拡散深さは５μｍ程度とする。
【００２１】
つぎに図２（ｂ）に示すように、酸化によって形成しパターニングした絶縁層７、７ａの開口部を介して蒸着を行い、さらに拡散を行う。それにより、Ｎ型低濃度半導体領域２の表面領域の開口部２ａに偏倚した領域に、Ｐ型高濃度半導体領域からなるガードリング３を環状に形成する。ガードリング３の表面不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3で、その拡散領域の深さは２μｍ程度とする。この拡散深さおよび不純物濃度は、高耐圧を維持するように設定される。
【００２２】
ガードリング３領域の拡散深さおよび不純物濃度は、耐圧設計において、Ｎ型低濃度半導体領域２の深さと不純物濃度との関係によって決定される。すなわち、Ｎ型低濃度半導体領域２は、ガードリング領域よりも拡散深さを深く、且つ不純物濃度を低くする。それにより、逆バイアス時に広がる空乏層がＮ型低濃度半導体領域２に広がることによって、耐圧低下を防ぐことが可能である。
【００２３】
つぎに、中央部の絶縁層７ａを除去した後、図２（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜４を、減圧ＣＶＤまたはプラズマＣＶＤにより形成する。ポリシリコン膜４は、Ｎ型高濃度半導体基板１の第一主面の開口部２ａから露出した領域と、Ｎ型低濃度半導体領域２の開口部２ａ側端部付近と、ガードリング３の開口部２ａ端部付近とを被覆するようにパターニングする。
【００２４】
ポリシリコン膜４は、ノンドープまたは不純物を含んだポリシリコン膜とし、その厚みは数ｎｍ〜数百ｎｍ程度とする。これは、ＳＢＤの寄生抵抗を大きくしないようにするためであり、エピタキシャルウエハーを使用した場合のエピタキシャル層の持つ寄生抵抗よりも小さくするためである。これによれば、順方向電圧を小さくすることや、ＳＢＤのショットキーバリアハイトの操作が可能である。
【００２５】
つぎに図２（ｄ）に示すように、少なくともポリシリコン膜４を被覆するようにショットキ接合を構成する金属層５を、蒸着またはスパッタ法により成膜した後、パターニングにより形成する。金属層５の厚みは、数ｎｍ〜数百ｎｍ程度とする。これは、ポリシリコン膜４を被覆するのに必要な厚さ、つまりポリシリコン膜４の膜厚よりも大きい。
【００２６】
最後に図２（ｅ）に示すように、Ｎ型高濃度半導体基板１の第二主面側に、カソード電極６を形成する。
【００２７】
上記構成によれば、耐圧を維持したまま順方向電圧を小さくした、低コストなＳＢＤを作製することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、耐圧を維持したまま順方向電圧を小さくした、低コストなＳＢＤを作製することが可能であり、ショットキバリアダイオードとその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態の１におけるＳＢＤを示した断面図
【図２】本発明の実施形態の２におけるＳＢＤの製造方法の工程フローに沿った断面図
【図３】特許文献１に示された従来のＳＢＤを示した断面図
【図４】特許文献２に示された従来のＳＢＤを示した断面図
【符号の説明】
【００３０】
１  Ｎ型高濃度半導体基板
２  Ｎ型低濃度半導体領域
２ａ  開口部
３  ガードリング領域
４  ポリシリコン膜
５  金属層（アノード電極）
６  カソード電極
７、７ａ  絶縁層
８  マスク
１１  半導体基板
１２  絶縁層
１３、１５  ポリシリコン膜
１４  金属電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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